[发明专利]一种用于冲击波测量的电探针及其制作方法

说明书

本发明公开了一种用于冲击波测量的电探针及其制作方法。该电探针主要是由金属毛细管、漆包金属丝、金属引线和热缩管组成；漆包金属丝一端涂有绝缘涂层并穿置于金属毛细管内。顶部涂上导电胶固化固定，尾部用树脂胶粘结固定；漆包金属丝另一端刮漆浸锡。金属引线绕接于金属毛细管尾部，套上热宿管固定。金属引线与漆包金属丝作为电探针的两个电极；检验合格后为一根高灵敏度冲击波测量用电探针。本发明的电探针有较好的冲击波响应性，响应时间达到纳秒量级，响应范围广，可从十几吉帕到几百吉帕，而且具有体积小，安装环节简单，使用方便，制作成本低，能够显著降低研究成本。

技术领域

本发明属于冲击波测量装置领域，具体涉及一种用于冲击波测量的电探针及其制作方法，更确实地说，是涉及一种高速脉冲电开关元件，用于监测冲击波波阵面或者运动物体表面到达某一预定位置的元件及其制作方法。

背景技术

在冲击波物理和部分爆轰物理实验中，飞片动态碰撞角，冲击波速度和波阵面倾角经常采用电探针测量。飞片动态碰撞角是指飞片平面和靶平面相碰撞时的夹角，它反映了单轴碰撞的近似程度；波阵面倾角是指冲击波波阵面与靶端面之间的夹角，受飞片动态碰撞角影响。在冲击实验中将电探针接入电脉冲网络电路中，作为高速脉冲电开关。实验前将网络电路中的电容器充电，当高速运动的飞片与电探针碰撞时或者冲击波到达电探针处，将产生一个电脉冲信号，由记录仪器采集作为时间信号。此外，电探针产生的脉冲电信号有时候作为一种触发信号提供给其他测试设备。由此可见，电探针在冲击实验中起着非常重要的作用，因此电探针的可靠性和对时间的测量精度要求非常高，测量的不确定度要求在几十个纳秒以内。

文献《经福谦.实验物态方程导引(第二版).北京：科学出版社，1999》，《王金贵.实气体炮原理及技术.北京：国防工业出版社，2001》和文献《孙承纬.应用爆轰物理学.北京：国防工业出版社，2000》中提供了多种用于冲击波物理和爆轰物理实验测试所用的电探针种类、形状、尺寸和材料，总结如下：

就其功能来说，电探针是一种高脉冲电开关元件，广泛用于动高压实验领域。电探针有多种结构形式，主要包括光杆式探针、同轴式探针、盖帽式探针、压电式探针、组合式探针等，其中：

光杆式探针：一种结构形式最简单的测量冲击波速度的电探针，通体是由一根光滑的杆状导电体和金属引线组成，尺寸(直径)可以做到1mm，甚至更小。头部被加工成半球面，也被称为球头式探针。使用时需要与被测样品构成闭合回路，探针作为一极，被测样品作为一极，两极之间用一层微米级绝缘膜隔开。如果被测样品为非导体，需要在其表面和探针之间增加一金属箔才能使用，因此应用受到限制。总的来说，光杆式探针结构简单，制作成本低，但是样品安装环节复杂，应用范围有限。

同轴式探针：光杆式探针的改进型，即在光杆导体外面增加一金属外壳，中间用绝缘导管隔离。端面通过微米绝缘膜与被测样品表面接触，冲击波达到时端面时，绝缘膜被刺穿，外壳与光杆导体通过样品接通，形成放电回路。对于非导电样品，同样需要在两者之间增加一金属箔才能使用。样品安装环节复杂，应用范围受限。

盖帽式探针：同轴式探针的改进型，即在同轴式探针端面增加一金属盖帽。盖帽与内导体之间由一绝缘膜隔开，并与金属外壳相连。金属盖帽的作用是隔开空气冲击对内导体的影响。盖帽式探针加工和工艺要求较高，因此其价格也比较昂贵。此外，盖帽式探针一致性比较难控制，所以测得的数据比较分散。

压电式探针：同轴式探针的改进型，即在同轴式探针端面嵌入压电晶体。压电晶体一端面与内导体接触，另一端面通过铜片与金属外壳接触。由于压电晶体的绝缘性，无需在样品与电探针之间垫微米级绝缘膜，简化了样品安装环节。同时，由于压电晶体本身就是一个电压源，冲击实验时不需要附加网络电路，简化了测试系统。但是压电式探针加工工艺要求较高，制作复杂，因此价格比较昂贵，大大增加了实验成本。

组合式探针：以上各种探针均属于单体探针，受尺寸限制，很难在被测样品表面安装多组电探针。组合式探针将漆包金属丝、样品支架、样品结合在一起，使探针的密度大大提高。组合式探针只在特定实验中使用，使用率较低。